Het gebied van het schiereiland Cape York beslaat een oppervlakte van ongeveer 137.000 km² ten noorden van 16°S breedtegraad. Vanaf het puntje van het schiereiland, Cape York, is het ongeveer 160 kilometer (99 mi) naar Nieuw-Guinea over het eiland en de koraalriffen van de Torres Strait.
De westkust wordt begrensd door de Golf van Carpentaria en de oostkust door de Koraalzee. In het zuiden is er geen duidelijke grens, maar de grens in de Cape York Peninsula Heritage Act 2007 van Queensland volgt de 16°S breedtegraad.
Op het breedste punt van het schiereiland is het 430 km van de Bloomfield rivier, aan de oostkust, naar de Aboriginal gemeenschap van Kowanyama aan de westkust. Het is zo'n 660 km van de zuidelijke grens, tot het puntje van Cape York. De grootste eilanden in de Straat van Torres zijn onder andere Prince of Wales Island, Horn Island, Moa en Badu Island.
Cape York is het meest noordelijke punt van het Australische continent. Het werd op 21 augustus 1770 door luitenant James Cook vernoemd naar prins Edward, hertog van York en Albany. De hertog was een broer van koning George III van het Verenigd Koninkrijk en stierf in 1767, toen hij nog maar 20 jaar oud was, aan ziekte:
"Het punt van de Main, dat een kant van de eerder genoemde Passage vormt, en dat het Noordelijke Promontorium van dit land is, heb ik York Cape genoemd, ter ere van zijn overleden Koninklijke Hoogheid, de Hertog van York."
De tropische landschappen behoren tot de meest stabiele ter wereld. Er is al miljoenen jaren geen tektonische activiteit meer geweest. Het schiereiland is een extreem geërodeerde, bijna vlakke, lage vlakte met machtige meanderende rivieren en uitgestrekte overstromingsgebieden. Er zijn enkele zeer lage heuvels, ongeveer 800m boven de zeespiegel in de McIlwraith Range aan de oostelijke kant rond Coen.
Een deel van de Great DividingRange van Australië, de Peninsula Ridge, is als een ruggengraat langs het schiereiland. Deze bergketen bestaat uit oude (1.500 miljoen jaar oude) Precambriaanse en Palaeozoïsche rotsen. Ten oosten en ten westen van de Peninsula Ridge liggen de Carpentaria en Laura Basins, die zelf bestaan uit oude Mesozoïsche sedimenten. Er zijn verschillende belangrijke landvormen op het schiereiland: het grote gebied van ongestoorde zandduinen aan de oostkust rond Shelburne Bay en Cape Bedford-Cape Flattery; de enorme stapels zwarte granieten keien in Black Mountain National Park en Cape Melville; en de kalkstenen karsten rond Palmerston in het zuiden.
De bodem is arm, zelfs in vergelijking met andere gebieden in Australië. Ze zijn oud en verweerd, niet geschikt om te ploegen en reageren niet op meststoffen. Door de arme bodem is de regio dunbevolkt. Pogingen om commerciële gewassen te verbouwen zijn meestal mislukt.
Het klimaat op het Kaapse schiereiland is tropisch en monsoonaal. Het zware moessonseizoen loopt van november tot april, in die tijd wordt het bos bijna bewoonbaar. Het droge seizoen is van mei tot oktober. De temperatuur is warm tot heet, met een koeler klimaat in hogere gebieden. De gemiddelde jaartemperatuur varieert van 18 °C op grotere hoogte tot 27 °C op het laagland in het drogere zuidwesten. Temperaturen boven 40 °C en onder 5 °C zijn zeldzaam.
De jaarlijkse regenval is hoog en varieert van meer dan 2000 mm. in het IJzeren Gordijn en ten noorden van Weipa tot ongeveer 700 mm. aan de zuidelijke grens. De meeste van deze regen valt tussen november en april. Alleen op de oostelijke hellingen van de Iron Range valt de gemiddelde neerslag tussen juni en september boven 5 mm. Tussen januari en maart varieert de mediane maandelijkse regenval echter van ongeveer 170 mm (6,5 inch) in het zuiden tot meer dan 500 mm (20 inch) in het noorden en op de Iron Range.
Rivieren
De Peninsula Ridge vormt de waterscheiding tussen de Golf van Carpentaria en de Koraalzee. In het westen stromen grote, kronkelende riviersystemen waaronder de Mitchell, Coleman, Holroyd, Archer, Watson, Wenlock, Ducie en Jardine in de Golf van Carpentaria. Tijdens het droge seizoen worden deze rivieren een reeks van waterputten en zanderige beddingen. Maar met de zware regenval in het natte seizoen worden ze machtige waterwegen, die zich uitspreiden over enorme overstromingsgebieden en wetlands aan de kust en die leven geven aan vele zoetwater- en wetlandsoorten.
Op de oostelijke hellingen stromen de kortere, sneller stromende Jacky Jacky Creek, Olive, Pascoe, Lockhart, Stewart, Jeannie en Endeavour Rivers naar de Koraalzee. Deze zorgen voor belangrijk zoet water en voedingsstoffen voor het gezondste deel van het Groot Barrièrerif. Langs hun oevers zijn die wilde, ongestoorde rivieren omzoomd met dichte regenwouden, zandduinen of mangroven.
De uiterwaarden van het Laura-bekken zijn nu beschermd in de Lakefield en Jack River National Parks. De vlaktes worden doorkruist door de Morehead, Hann, North Kennedy, Laura, Jack en Normanby Rivers.
De rivieren van het schiereiland staan bekend om hun hydrologische integriteit. Dit betekent dat ze nog steeds in hun natuurlijke staat zijn, met waterstromen en vegetatie ongewijzigd. Cape York Peninsula is een van de weinige plaatsen waar de tropische waterkringlopen onveranderd blijven. Cape York Peninsula heeft maar liefst een kwart van de oppervlakte van Australië. Met minder dan 3% van het Australische landoppervlak produceert het meer afvoer dan heel Australië ten zuiden van de Steenbokskeerkring. De rivieren op het schiereiland zijn ook belangrijk omdat ze het water terugvoeren naar het Centraal-Australiës Groot Artesisch Bekken. De regering van Queensland is van plan om 13 wilde rivieren op het schiereiland van Kaapstad te beschermen in het kader van de Wild Rivers Act 2005.
Geologische geschiedenis
Ongeveer 40 miljoen jaar geleden begon de Indo-Australische tektonische plaat zich te splitsen van het oude supercontinent Gondwana. Toen de Indo-Australische plaat tijdens zijn reis naar het noorden in de Stille Oceaan terechtkwam, werden de hoge bergketens van centraal Nieuw-Guinea zo'n 5 miljoen jaar geleden gemaakt. Beschermd tegen deze botsingszone, werden de oude rotsen van wat nu Cape York Peninsula is, niet verplaatst.
Tijdens het Pleistoceen zijn Australië en Nieuw-Guinea een aantal keren met elkaar verbonden en gescheiden door water. Tijdens de ijstijden met hun lage zeespiegel was Cape York Peninsula een laaggelegen landbrug. Een andere verbinding bestond tussen Arnhem Land en Nieuw-Guinea, die soms een groot zoetwatermeer maakte, Lake Carpentaria, in het centrum van wat nu de Golf van Carpentaria is. Zo werden Australië en Nieuw-Guinea samengevoegd tot de ondiepe Straat van Torres zo'n 8.000 jaar geleden voor het laatst onder water kwam te staan.